内蒙古北部阿仁绍布二长花岗岩形成时代、岩石地球化学特征及成因探讨

摘要：本文系统地报道了内蒙古北部乌日尼图地区阿仁绍布二长花岗岩的主量元素、微量元素和稀土元素特征，重点讨论了阿仁绍布二长花岗岩体的岩石成因特征及其地质意义。研究结果表明，阿仁绍布二长花岗岩体SiO2含量（wt%）较高，反映原始岩浆具幔源原生玄武岩浆特征，在上升过程中经历的结晶分异程度较低。U-Pb锆石年龄测定结果为308±2Ma，代表了阿仁绍布二长花岗岩体的结晶年龄，为晚石炭世。计算出石英结晶平均温度为999℃；斜长石结晶温度平均为1020℃；岩浆冷凝矿物共结晶时的深度约在3.3km-20km，其结晶条件代表岩体侵位时的物理环境，是在较深的岩浆房中结晶的，形成花岗岩的岩浆经历了高度的结晶分异作用。阿仁绍布二长花岗岩属准铝—过铝岩石，Rb／Sr平均比值为3.08，远高于整个陆壳的平均值。其物质来源于地壳物质的重熔，具有大陆边缘弧的地球化学特征，可能反映在岩浆形成之前，地幔源区发生了俯冲交代富集作用。

关键词：岩石成因 锆石U-Pb年龄 阿仁绍布二长花岗岩 内蒙古北部

1 引言

研究区位于二连-东乌旗北东向岩浆岩带上（邵积东，1998）。笔者在1∶5万乌日尼图幅等五幅区域地质调查工作中，通过细致的野外观测和系统的样品分析，应用锆石U-Pb 法对阿仁绍布侵入岩中的二长花岗岩体进行了同位素地质年代学测定，并结合岩石化学、地球化学分析结果，对阿仁绍布二长花岗岩的形成环境进行了讨论。

2 地质概况及岩石学特征

阿仁绍布侵入岩体区内出露的为一多次侵入的复式岩体（图1），呈北东—北北东向展布的不规则椭圆状，总面积为154km2；岩体侵入泥鳅河组，并被早二叠世钾长花岗岩等侵入。岩性总体上由中性向酸性演化，依次为：细粒角闪辉长岩→灰色细粒闪长岩→灰色细粒石英闪长岩→灰白色细粒黑云母花岗闪长岩→浅灰色糜棱岩化角闪石英二长岩→中细粒黑云母二长花岗岩→中粒黑云母二长花岗岩→灰白色中细粒（文象）花岗岩，由中性向酸性演化；结构特征总体由细粒→粗粒演化，故此该序列为结构、成分双重演化序列。

笔者仅对其中二长花岗岩的形成时代、岩石地球化学、及形成环境进行研究分析。

阿仁绍布二长花岗岩体呈岩株状、不规则状分布于阿仁绍布一带中，有6个侵入体，面积约38km2。与晚石炭世细粒闪长岩、石英闪长岩、细粒花岗闪长岩呈侵入接触，并侵入泥鳅河组砂岩、板岩及乌宾敖包组变砂岩等，接触带发生热变质作用，形成角岩化砂岩、钙硅板岩等。在哈丹布其一带岩石糜棱岩化作有强烈，形成北东向延伸近4km，宽近300m的糜棱岩带。岩体内发育多组裂隙构造，沿裂隙发育石英闪长玢岩脉、闪长玢岩脉、花岗斑岩脉等。岩体中零星见有闪长质包体，个体小，不规则分布。

岩石具中细粒花岗结构，块状构造。岩石由微斜长石，斜长石，石英，黑云母组成。斜长石，半自形板状，核部绢云母化，少数颗粒具不发育的环带构造；更长石半自形板状中度绢云母化，Np（%）=9°，An=25；微斜长石，半自形板状-不规则粒状，格状双晶发育的晶体内具细粒斜长石包体；石英，他形粒状；黑云母，条柱状，内部具细粒磁铁矿包体。矿物含量：斜长石35%~40%，钾长石25%~30%，石英23%~30%，黑云母5%~10%，角闪石1%～2%，绿帘石1%，磁铁矿及磷灰石少量。

岩石副矿物种类较多，有8~12种，但总量低（表1）。主要副矿物为锆石，萤石，磁铁矿，白钛石，锡石，磷灰石，钛铁矿等，其余为副矿物微量。副矿物组合类型为锆石+白钛石型和磁铁矿+锆石型。锆石标型特征（表2）：浅黄色，透明，金刚光泽，性脆，含大量浅黄色质点状包裹物。总的特点：除个别晶形缺失（100）晶面外，其余晶形晶面（110）远比（100）面发育；锥部除个别晶形具不发育的（311）、（131）晶面外，只有（111）晶面。绝大多数长比宽2∶1～2∶1.5。

3 样品和分析方法

对野外采集的样品经过薄片鉴定后，选择新鲜的样品经无污染碎样后进行地球化学元素分析。主量、微量和稀土元素均在天津地质矿产研究所完成。其中主量元素采用XRF-1500测定，分析精度一般优于2%~3%；微量元素和稀土元素是用Teflon熔样罐进行熔样，然后采用Finnigan MAT公司生产的双聚焦高分辨ICP-MS进行测定，检测优于0.5×10-9，相对标准偏差优于5%。

年代测定由天津地质矿产研究所采用微量锆石U-Pb法定年技术对锆石样品进行，测试中使用208Pb - 235U 混合稀释剂,质谱分析在VG354 上完成。Pb 和U 的全流程本底分别为m ( Pb) =0. 05 ng及m (U) = 0. 002 ng。详细的分析方法见李惠民等（1997）。4 形成时代

对二长花岗岩TW3374样品单颗粒锆石U-Pb同位素测年结果见表3，年龄值为308±2Ma（图2）可能代表了该二长花岗岩体的结晶年龄，时代置于晚石炭世。

5 地球化学特征

5.1 主量元素

岩石主量元素含量及主要参数见表4。

阿仁绍布花岗岩SiO2为69.36～77.39%，Al2O3含量为12.04～14.44%，CIPW标准矿物组合为or+ab+an+hy+q+mt型，总体为硅过饱岩石。A/CNK=0.86～1.04＜1.1，属Chappell和White（1974）分类的“Ⅰ”型花岗岩，在ACF图解（图3-9）多数样品投点落入“Ⅰ”型花岗岩区，仅有一个糜棱岩化岩石样品落于“S”型花岗岩区；里特曼指数（σ）为1.99～3.49，属钙碱性岩系，K2O＜Na2O，碱度率（A.R）为2.72～4.69，CNK/A为0.86～～1.04，平均为0.97，据洪大伟（1987）为钙碱性岩—偏碱性岩系；在QAP图解（图3）中样品投点均落在二长花岗岩区，与薄片结果一致。分异指数（DI）为82.2～96.9、固结指数（SI）为1.33～7.29，总体反映岩浆分异程度较高；长英指数（FL）76.6～94.98、镁铁指数（MF）53.94～84.07，揭示岩浆分离结晶作用弱。

5.2 稀土元素

稀土元素丰度及特征参数见表5。

稀土总量（ΣREE）为104.2～300.52×10-6，平均为203.32×10-6，偏高，轻重稀土比值（ΣCe/ΣY）为2.18～6.52，（La/Yb）N平均为7.83远大于1，（La/Sm）N为2.09～4.40，平均为3.49，轻稀土分馏明显，并富集轻稀土；（Gd/Yb）N平均为1.25，重稀土分馏程度弱。δEu为0.03～0.79，平均为0.46，铕总体亏损。稀土配分曲线（After Coryll，1963）（图4），轻稀土段右倾，重稀土段平缓，2个样品Eu处均出现明显“V”型谷，显示轻重稀土有一定程度分馏，轻稀土富集，岩石并具一定程度的分离结晶作用。

5.3 微量元素

微量元素分析结果、对比值及特征参数见表6，与地壳丰度值（黎彤，1976）相比，大离子亲石元素及活动性元素K、Rb、Ba高于地壳丰度，Sr低于地壳丰度；放射性生热元素Th高；非活动性元素Nb、Ta与地壳丰度相当，P远低于地壳丰度，Zr、Hf总体偏高；过渡族元素V、Cr、Co、Ni、Sc、Ti均远低于地壳丰度。

特征参数：Nb*=0.09～0.34＜1、Sr*=0.02～0.34＜1、P*=0.04～0.18＜1、Ti*=0.02～0.16＜1、揭示Nb、Sr、P、Ti亏损，Zr*=0.83～4.60，平均值大于1、K*=2.44～5.21＞1，揭示岩石Zr、K富集，同时揭示岩浆成因可能为花岗质岩石。

岩石微量元素蛛网图（图5），均呈现Rb、Th、Nb、Nd、Zr、Sm、Y、K、Yb富集，Ba、Sr、P、Ti亏损。曲线形式反映具有同源性的特点。

6 讨论

6.1 岩浆结晶的PT条件

据Nathan等（1978）提出的阳离子分数温度计算方法，计算出石英结晶温度为946～1，022℃，平均为999℃；斜长石结晶温度为972～1，069℃，平均为1，020℃（表7）

在Q-Ab-Or-H2O系图（图6）上，样品点投在1-6×108Pa压力区域，表明岩浆冷凝矿物共结晶时的深度约在3.3km-20km（1GPa≈33km）左右，其结晶条件代表岩体侵位时的物理环境，是在较深的岩浆房中结晶的，这与岩石的结构特征一致（基本为中粗粒，缺少斑状和似斑状结构）。

Al2O3／TiO2比值是衡量花岗岩形成温度的一个重要指标(Sylvester，1998)，研究表明Al2O3／TiO2比值越高，形成温度越低。阿仁绍布二长花岗岩的Al2O3／TiO2比值变化范围在38.0～150.5，为具有较高Al2O3／TiO2比值的花岗岩，说明形成温度较低，这与地质温度计计算出的结果一致。

前文已述及，阿仁绍布二长花岗岩总体属于高钾钙碱性准铝—过铝质类型花岗岩。SiO2与TiO2、FeO、MgO、Al2O3、CaO、Sr、Ba、Eu呈负相关，而与K2O和Rb大致呈正相关。良好的线性关系说明阿仁绍布二长花岗岩具有相似的成因和演化趋势。SiO2与MgO、Al2O3的关系显示出钙碱性岩浆分离结晶的演化趋势。由于Al、Ca、Eu、Sr、Ba等元素主要赋存在斜长石中，TiO2、Fe2O3主要存在于Ti-Fe氧化物中，因此阿仁绍布二长花岗岩所展示的成分变化可能与斜长石和T-Fe氧化物的分离结晶有关。K2O和Rb含量随分异程度的增强而升高，因此碱性长石的分离结晶的可能性不大。阿仁绍布二长花岗岩的主、微量元素特征表明形成花岗岩的岩浆经历了高度的结晶分异作用。

6.2 岩浆的物质来源

王德滋等（1993）的研究表明，Rb和K有相似的地球化学性质，在地球演化初期，随着壳幔的分离和地壳的演化，Rb会富集于成熟度高的地壳中；Sr和Ca有相似的地球化学行为，在成熟度低、演化不充分的地壳中富集。因此，Rb／Sr比值能较好地记录源区物质的性质。Taylor（1986）认为，地球演化过程中K和Rb不断向上迁移进入硅铝层，所以上地幔越来越亏损K和Rb，Sr主要富集在斜长石中代替Ca。因此，花岗岩的Rb／Sr比值高，一方面说明岩浆的演化程度很高，另一方面说明源岩可能主要来自地壳。据Taylor和Mclennan（1986）的资料计算，整个陆壳Rb／Sr比值平均值约为0.24。阿仁绍布二长花岗岩只可能形成于大陆环境，并且Rb／Sr比值范围在0.84～10.12，平均为3.08，远高于整个陆壳的平均值。这些特点都说明花岗岩的物质来源为壳源。

前人的研究表明（Sylvester，1998；Zen，1986），花岗岩中铝的含量特征能在一定程度上指物质来源以及花岗岩的成因类型。阿仁绍布二长花岗岩属准铝—过铝岩石，暗示其物质来源于地壳物质的重熔。

由于缺少同位素资料，不能对源区进行更加准确的判断。而且有时花岗岩的源岩物质可能是多种来源的（Collins，1996），所以本区花岗岩的物质来源有待进一步研究。

6.3 形成的构造环境

在Rb-Yb+Nb图解（图7）上投点均落于火山弧花岗岩区。在玄武岩Hf /3-Th-Ta三角构造判别图解上（图8），阿仁绍布二长花岗岩样品点落在钙碱性玄武岩（CAB）的范围内，反映阿仁绍布二长花岗岩体具有大陆边缘弧玄武岩地球化学特征。

结合内蒙古北部地区地质演化历史，研究区在晚石炭世属于板内环境，阿仁绍布二长花岗岩具有大陆边缘弧的地球化学特征，可能反映在岩浆形成之前，地幔源区发生了俯冲交代富集作用。

7 结论

（1）阿仁绍布二长花岗岩体SiO2含量（wt%）为69.36～77.39%，Al2O3为12.04～14.44%，CaO为0.33~2.41％，TiO2为0.08~0.38％，P2O5为0.023~0.14％；岩体的Mg#值（0.28～0.59，平均为0.47）较高，反映原始岩浆具幔渊源生玄武岩浆特征，在上升过程中经历的结晶分异程度较低。

（2）阿仁绍布二长花岗岩U-Pb锆石年龄测定结果为308±2Ma，代表了阿仁绍布二长花岗岩体的结晶年龄，为晚石炭世。

（3）计算出石英结晶温度为946～1，022℃，平均为999℃；斜长石结晶温度为972～1，069℃，平均为1，020℃；岩浆冷凝矿物共结晶时的深度约在3.3km-20km，其结晶条件代表岩体侵位时的物理环境，是在较深的岩浆房中结晶的。阿仁绍布二长花岗岩的Al2O3／TiO2比值变化范围在38.0～150.5，为具有较高Al2O3／TiO2比值的花岗岩，说明形成温度较低，这与地质温度计计算出的结果一致。

（4）阿仁绍布二长花岗岩属准铝—过铝岩石，Rb／Sr比值范围在0.84～10.12，平均为3.08，远高于整个陆壳的平均值。其物质来源于地壳物质的重熔，形成花岗岩的岩浆经历了高度的结晶分异作用。

（5）阿仁绍布二长花岗岩物质来源于地壳物质的重熔，具有大陆边缘弧的地球化学特征，可能反映在岩浆形成之前，地幔源区发生了俯冲交代富集作用。

致谢：本文赖以讨论的各种资料均来自1∶5万额仁布格幅（L49E020015）、乌日尼图幅（L49E020016）、巴彦哈拉特幅（L49E021015）、达布哈尔幅（L49E021016）、胡格吉力图生产队幅（L49E022015）区域地质调查报告，是项目组全体成员集体劳动的成果。样品准备及分析过程中得到了天津地质矿产研究所同位素地质实验室的诸多帮助，谨此一并致谢。

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